JP2008029192A - 回転電機の回転子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップを抑え、回転子のポールコア７の両軸受部基準に対する振れを低減し、性能低下を抑えることのできる回転電機の回転子３とその製造方法を提供すること。
【解決手段】ポールコア７の外側端面７２を基準として外側端面７２に垂直な軸穴７８を切削加工で加工した１対のポールコア７を、そのボス部端面７６のボス部高さの高低を割り出してその高低方向が互いに密着して当接するように回転調整して組合せるマッチング工程と、割り出された下ポールコア７ａにシャフト５を圧入し、界磁コイル８を装着して、その上に回転調整された上ポールコア７ｂを組合せ、シャフト５に順次圧入する圧入工程と、このシャフト圧入された対をなすポールコア７の両外側端面７２とシャフト外周領域に付設された円環状の溝部と嵌合するかしめ工程とからなる製造方法により回転子３を製造する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機の回転子とその製造方法に関し、特に車両用交流発電機のように、回転子のコア部材が対をなす回転子鉄心からなる回転電機に適した回転電機の回転子とその製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕
従来の車両用交流発電機は、その回転子の回転子鉄心としてランデル型ポールコアを有しており、このランデル型ポールコアは、互いに同形で一方端面を対向させてシャフトをその中心に圧入固着させた構造となっている（例えば、特許文献１参照）。従来の回転子鉄心（ポールコア）は、円筒状の基部と、基部の軸方向外端部から周方向所定間隔を隔てて径外方向へ向けて伸びる角柱状の多数の爪基部と、爪基部の径方向先端部から軸方向に向けて界磁コイルを囲包するように延伸する爪部とを備え、爪部はステータコア内に収容されている。

また、互いに対向したポールコアの中心には、多数の爪起し加工を施されたシャフトが圧入され、さらにシャフトのポールコア外側端面位置に付設された円環状の溝部をプレス成形によるステーキングかしめが加工されて、回転子が構成される。ステーキングかしめは高速回転時においても機械的強度を保持するためのものである（例えば、特許文献２参照）。このため、ポールコアの基部中心に、シャフトを貫通して通す穴、つまりシャフト貫通穴が切削加工によって開けられている。

一般的に、このポールコアを構成する回転子鉄心は軟鉄材を使用した鍛造設備によって製造されるが、製造設備の加工精度には限度があり、対向する一方端面は必ずしも幾何的平行または直角をなしているのでなく、シャフト貫通穴に対する対向する一方端面との直角度、および平面度にはバラツキが生じる。

従って、図１０に示すように、対向する一方端面のボス部端面１７６は外側端面１７２とは互いに傾きを生じ、ポールコア１０７に切削により加工されるシャフト貫通穴１７８が、外側端面１７２を基準に外側端面１７２に垂直に加工される製造方法の場合には、外側端面１７２と交わる角度α１は９０°であるが、ボス部端面１７６と交わる角度α２は９０°とはならず、垂直に交わらないこととなる。このため、対向するボス部端面１７６を組合せた場合、密着して当接できず片当りして隙間が生じてしまう場合がある。

なお、シャフト貫通穴１７８の切削による加工は、必ずしも、外側端面１７２を基準に外側端面１７２に垂直に加工される場合に限ることなく、内側端面、つまりボス部端面１７６を基準にボス部端面１７６に垂直に加工される場合や、ボス部底端面１７７を基準にボス部底端面１７７に垂直に加工される場合の加工方法がある。どの加工方法を採用するかは、ポールコアの切削加工の容易さはもとより、加工精度やバラツキの程度を考慮して選択される。しかし、バラツキの程度によっては、同様に傾きは生じる。

ポールコアの対向するボス部端面１７６を組合せた場合、密着して当接できず片当りして隙間が生じる場合の回転子の製造方法では、以下に述べる製造工程を採用する上で、避けられない不具合が生じる。以下に、その不具合を従来例の製造工程とともに説明する。

図１１〜図１４は、外側端面１７２を基準に外側端面１７２に垂直に加工されるシャフト貫通穴（以下、軸穴と称す）１７８をもつ一対のポールコア１０７（以下、下ポールコア１０７ａと上ポールコア１０７ｂと呼ぶ）にシャフト１０５を圧入して回転子１０３を順番に組立てる従来例の順次組立方式の組立工程図を示す。

図１１（ａ）、（ｂ）は組立ての第１工程を示すシャフト圧入装置１３０の要部概略図である。図１１（ａ）に示すように、シャフト圧入装置１３０は、パンチ部１３１とダイ部１３２からなる通常のダイセット構造であり、ダイ部１３２はベース１３３にベアリング１３４を介して受け台１３５が支持されている。そして、受け台１３５は、その中心にガイド穴が開けられ、このガイド穴にセンタ押え１３６が滑動可能に配置されている。また、ベアリング１３４はセンタ押え１３６の中心と受け台１３５の中心が一致しない時に受け台１３５を水平方向に移動させるためのものである。また、少なくとも２個の爪押え１３７がベース１３３に固定され、ワークである上ポールコア１０７ｂの爪部１７４を軸方向もしくは求心方向に押え、保持するもので、レバー１３８によって保持および解除が自在にできるものとなっている。

また、パンチ部１３１は、シャフト１０５を垂直方向に保持するシャフト保持パンチ１３９を備えた圧入パンチ１４０が垂直方向に下降または上昇するようにダイセットに組立てられている。

次に、上記のシャフト圧入装置１３０によるシャフト圧入について説明する。まず、第１工程として、前工程で送り出された上ポールコア１０７ｂを受け台１３５にセットする。受け台１３５にセットされた上ポールコア１０７ｂは、平面である外側端面１７２に垂直に軸穴１７８が加工されているので、上ポールコア１０７ｂは受け台１３５に対して外側端面１７２が水平に、かつその軸穴１７８は垂直に配置される状態となる。そして、センタ押え１３６が下方から上昇して、上ポールコア１０７ｂの垂直向きの軸穴１７８に挿入される。このとき、仮に圧入パンチ１４０の中心と受け台１３５の中心が芯ずれを起こしていても、センタ押え１３６の上ポールコア１０７ｂへの挿入により、芯ずれは調整され同心化される。そして、爪押え１３７のレバー操作によって上ポールコア１０７ｂを受け台１３５に固定する。

次に、図１１（ｂ）に示すように、圧入パンチ１４０のシャフト保持パンチ１３９にシャフト１０５を垂直に保持し、シャフト１０５の反保持側を、上ポールコア１０７ｂの軸穴１７８に挿入されたセンタ押え１３６の上端部に当接させ、ガイドするように圧入パンチ１４０を下降させる。すると、シャフト１０５は滑らかに、かつ垂直を維持して上ポールコア１０７ｂに圧入される。

そして、所定の位置まで圧入が進めば、圧入パンチ１４０はシャフト保持パンチ１３９とシャフト１０５の保持を解除して、上方へ上昇し、元の位置まで戻って停止する。そして、レバー１３８の操作によって爪押え１３７を解除して、シャフト１０５が圧入された上ポールコア１０７ｂが取り出される。

つづいて、第２工程の説明をする。第２工程は、第１工程でシャフト１０５が圧入された上ポールコア１０７ｂを下ポールコア１０７ａに圧入する際の下ポールコア１０７ａと界磁コイル１０８との組合せ工程である。図１２（ａ）は組立ての第２工程を示すシャフト圧入装置１３０の要部概略図である。

前工程にて送り出される下ポールコア１０７ａは、界磁コイル１０８を装着されパレット上に置かれている。この工程では、この界磁コイル１０８を装着した下ポールコア１０７ａがパンチ部１３１に備えられた把持機構部１６０によって、パレットから抜き取られ、把持機構部１６０は把持したまま下降して、ダイ部１３２の受け台１３５の上に界磁コイル１０８を装着した下ポールコア１０７ａをセットする。そして、把持機構部１６０は下ポールコア１０７ａの把持を解除し、上昇して初期の停止位置に戻る。これと同様に、センタ押え１３６が上昇して下ポールコア１０７ａの軸穴１７８に挿入される。そして、爪押え１３７のレバー操作によって下ポールコア１０７ａを受け台１３５に固定する。

つづいて、第３工程の説明をする。第３工程は界磁コイル１０８を装着した下ポールコア１０７ａに、第１工程でシャフト１０５が圧入された上ポールコア１０７ｂを組立てる工程である。図１２（ｂ）は組立ての第３工程を示すシャフト圧入装置１３０の要部概略図である。

第２工程で初期位置に戻った把持機構部１６０は、次に第１工程のシャフト１０５が圧入された上ポールコア１０７ｂをそのシャフト１０５が垂直に位置するように把持する。そして、シャフト１０５の下端部とセンタ押え１３６の上端部を当接させ把持機構部１６０を下降することにより、下ポールコア１０７ａの軸穴１７８にシャフト１０５が圧入される。そして、所定の位置まで圧入が進めば、把持機構部１６０はシャフト１０５と上ポールコア１０７ｂの把持を解除して、上方へ上昇し、元の位置まで戻って停止する。

そして、次に、爪押え１３７を解除してシャフト圧入済みポールコア（回転子の形態をなすが、かしめ加工前であるので、以下これをかしめ前回転子１０３と呼ぶ）を取り出し、かしめ工程に移る。

かしめ工程は、上記のかしめ前回転子１０３の両外側端面１７２に円環状の所定の深さを有する凹状の圧痕を付けることにより、その圧痕が同様にシャフト１０５の両外側端面１７２位置に付設した円環状の溝部に塑性流れを呈してなされるかしめを形成する工程である。このかしめは、一般に、ステーキングかしめと呼ばれるものであり、車両用交流発電機等に高速回転で使用される回転子１０３が、高速回転時の遠心力や軸力に対し、ポールコア１０７が圧入されたシャフト１０５から抜けたり、締結力が低下しないように機械的な強度アップを図るものである。

図１３はかしめ工程を説明するかしめ装置１５０の要部概略図である。上記の圧入工程にて使用するシャフト圧入装置１３０と異なるのは、パンチ部１５１、ダイ部１５２ともにかしめパンチ１５３、かしめダイ１５４に取り替わったことである。前工程で取り出されたかしめ前回転子１０３がそのまま受け台１５５にセットされる。

受け台１５５にはその中心に下センタ押え１５６にガイドされるかしめダイ１５４が、同様に中心を一致して配置されている。従って、受け台１５５にセットされたかしめ前回転子１０３のシャフト１０５の中心は、かしめダイ１５４の中心と一致するので、シャフト１０５と直角（垂直）に形成された上下ポールコア１０７ａ、１０７ｂのそれぞれの外側端面１７２は、かしめダイ１５４の中心とも直角（垂直）を形成する。つまり、かしめダイ１５４またはかしめパンチ１５３の上昇、下降に伴い、それぞれの外側端面１７２には円環状の凹状の圧痕が形成され、その圧痕が同様にシャフト１０５の両外側端面１７２位置に設けた円環状の溝部に塑性流れを呈してかしめが加工される。

以上の圧入工程とかしめ工程を経てかしめ後回転子、つまり、ランデル型ポールコアの回転子１０３が製造される。

〔従来技術の不具合〕
このようにポールコアの外側端面を基準に外側端面に垂直にシャフト貫通穴を切削加工した各ポールコアを互いに対向させてシャフトを圧入する組立工程を経て組付けされる回転子において、各ポールコアを互いに対向して当接するボス部端面に、外側端面に対してわずかに傾斜したり、平面度が悪化したことにより、各ポールコアの各ボス部端面が密着して当接できず、片当りして隙間が生じてしまう場合がある。

このような隙間が生じたままシャフトが、仮に、圧入できたとしても、ポールコアの軸方向厚さが所定厚さを超えてしまって、回転子が固定子内で接触して、異音を生じたり、性能低下を引き起こしたりする。しかし、通常は、シャフトと軸穴との結合は、嵌合結合によってなされるようにシャフトの圧入荷重は大きく、従って、図１４（ａ）に示すように、圧入荷重によって隙間が減少するように変形して、この変形により軸穴とシャフトとのかじりが大きくなって、圧入がこれ以上進まなくなったりする。

さらに圧入荷重を増加させると、シャフトのかじりとのバランスによって、シャフトの圧入は進むものの、隙間の生じた各ボス部端面が密着するまで負荷されて、シャフト１０５には大きな曲げモーメントが作用するようになる。負荷が大きくなり、曲げモーメントがさらに大きくなって、弾性変形許容限界を超えてしまうと、図１４（ｂ）に示すように圧入装置またはかしめ装置から取り出した回転子１０３のシャフト１０５には曲がりが生じたりする。シャフト１０５に曲がりが生じると、回転子１０３の回転シャフト基準に対して外径振れが大きくなり、ステータコアとの干渉、振動や回転変動の増大、車両用交流発電機においてベアリング寿命の低下と発電の変動やバラツキが大きくなるという問題が生じる。

同様に、ステーキングかしめ工程では、各ボス部端面が一箇所で片当たりをして圧入がこれ以上進まずにポールコアの軸方向厚さが所定厚さを超えてしまった状態でかしめ加工をすると（図１４（ａ）参照）、円環状の溝深さが不均一で偏りを生じる等、シャフトの締結力にバラツキが生じて、高速回転時にポールコアのシャフト抜けなどの問題が生じる可能性がある。また、ステーキングかしめはシャフト圧入に比べてパンチ加圧力は大きいので、かしめ工程にてポールコアのボス部両平面は片当たり状態から密着状態に加圧されることとなり、このときシャフトが曲げられ、ポールコアの各ボス部端面が面当りし密着状態となることもある。この場合も上記と同じく、取り出した回転子１０３のシャフト１０５には曲がりが生じたりする。結果、上記と同じ問題が生じる。

また、このシャフト振れを低減するために、組立前のポールコアのボス端面を軸穴直角に仕上切削する方法や、ポールコアやシャフトを前後工程で直角もしくは平行に対する仕上げ加工や、回転軸基準で修正する切削除去方法や矯正曲げ方法などあるが、これらはいずれも工程の追加が必要であり、また、切削代を見込まざるを得ず素材の無駄が生じ、コストアップとなる懸念がある。
特開平１１−２２０８４５号公報 特開昭５６−９８３４９号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、コストアップを抑え、回転子のポールコアの両軸受部基準に対する振れを低減し、性能低下を抑えることのできる回転電機の回転子とその製造方法を提供することを目的とする。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の手段によれば、径外方向へ向けて伸びる多数の爪基部の径方向先端部から軸方向へ延伸する爪部を有した中空状コア部材からなる複数の回転子鉄心を対向して組合せ、形成される中空部にコイルを装着し、前記各回転子鉄心のシャフト軸穴に圧入固着されたシャフトを備える回転電機の回転子であって、シャフトに貫通され、位置固定される各回転子鉄心は軸方向に平面部が形成され、平面部はシャフトの回転中心軸と傾斜して、各回転子鉄心の平面部は互いに平行で当接しており、各回転子鉄心の平面部の軸方向前後で、シャフトが一直線状であって、かつ、各回転子鉄心の軸方向投影上の平面部の傾斜面に垂直な軸は、爪部中心とシャフト軸穴中心を結ぶ放射状仮想線と、爪部間中心とシャフト軸穴中心を結ぶ放射状仮想線との中線上にあることを特徴としている。

これにより、対向して当接する各回転子鉄心の平面部は互いに平行で密着できるので、鉄心間の磁気抵抗を減らすことができるとともに、シャフトが一直線状であるので、シャフト外周両端を基準に回転した際、この回転基準に対して振れが小さくなり、ステータコアとの干渉を起こすことなく、振動や回転変動を低減することができる。また、車両用交流発電機において、ベアリング寿命の向上と発電の変動やバラツキを抑制する。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の手段によれば、各回転子鉄心は、各回転子鉄心の軸方向外側に外端部平面と、軸方向内側にボス部端面を備え、各回転子鉄心の外端部平面は対向する他回転子鉄心の外端部平面と互いに平行であることを特徴としている。
これにより、複数の回転子鉄心の軸方向外側端面間の厚みが最小となり、ステータコアとの干渉を起こすことなく、さらに、回転に伴う動的アンバランスを抑制できるので振動を低減する。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の手段によれば、各回転子鉄心は、ランデル型ポールコアであることを特徴としている。これにより、１対の回転子鉄心を対向させて組付けるのみであるので、より簡単に、また精度よくシャフト振れの極めて少ない回転子を得ることができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の手段によれば、各回転子鉄心は、各回転子鉄心の外端部平面のシャフト外周領域に付設された円環状の溝部にかしめ嵌合されることを特徴としている。
これにより、回転子鉄心と圧入したシャフトの固着強度がより強固になり、回転子が高速回転で使用されても、高速回転時の遠心力や軸力に対し、回転子鉄心が圧入されたシャフトから抜けたり、締結力が低下したりすることを抑止することができる。

〔請求項５の手段〕
請求項５の手段を採用する回転電機の回転子の製造方法は、径外方向へ向けて伸びる多数の爪基部の径方向先端部から軸方向へ延伸する爪部を有した中空状コア部材からなる複数の回転子鉄心を対向して組合せ、形成される中空部にコイルを装着し、各回転子鉄心のシャフト軸穴に圧入固着されたシャフトを備える回転電機の回転子の製造方法において、位置固定される各回転子鉄心は軸方向に平面部が形成され、平面部はシャフトの回転中心軸と傾斜して、各回転子鉄心の平面部は互いに平行で当接し、かつ、各回転子鉄心の平面部の軸方向前後で、シャフトが一直線状であるように、各回転子鉄心を回転調整して組合せるマッチィング工程と、マッチィング工程の後に、回転調整された各回転子鉄心にシャフトを圧入する圧入工程を採用することを特徴とする。

この方法によれば、切削追加工や矯正工程を加えることなく、複数の回転子鉄心を互いにシャフト軸穴中心に相対的に回転させることのみで軸方向の最小厚みを組合せることが簡単にでき、また、一直線状に配列した複数の回転子鉄心の軸穴に無理なく、所定の圧入嵌合保持力を維持するようなシャフト圧入が容易にできる。つまり、コストアップを抑え、回転子の振れを低減して回転電機の性能低下を抑えることができる。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の回転電機の回転子の製造方法は、各回転子鉄心の対向面は平面であることを特徴とする。この方法によれば、平面の傾斜と傾斜の方向を簡単に検知することができ、また、この平面を対向させて当接したとき密着して隙間が生じにくく、つまり最小の厚みを確保しやすい。

〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の回転電機の回転子の製造方法は、各回転子鉄心の対向側平面が密着していることを特徴とする。この方法によれば、平面を対向させて当接したとき密着して隙間が生じにくく、つまり最小の厚みを確保しやすい。

〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の回転電機の回転子の製造方法は、各回転子鉄心の外端部平面のシャフト外周領域に付設された円環状の溝部に、各回転子鉄心をかしめ嵌合するステーキングかしめ加工をシャフト組立後に行うことを特徴とする。
この方法によれば、シャフト振れの低減された回転子の回転強度をさらに向上させることが容易にでき、シャフト振れの比較的大きな回転子のシャフト圧入荷重を増加するように調整して回転強度を確保する場合より、格段に容易であり、コストアップを抑制し、信頼性を向上できる。

〔請求項９の手段〕
請求項９に記載の回転電機の回転子の製造方法は、各回転子鉄心は、各回転子鉄心の周方向位置決めを行った後、軸方向に当接して組立てられることを特徴とする。
この方法によれば、回転子鉄心の爪部が互いに干渉し周方向の回転を制限する場合でも容易に周方向位置決めを行い、傾斜した平面部を互いに平行に密着するように組立てることができる。

この発明の最良の実施形態を、図に示す実施例１とともに説明する。

〔実施例１の構成〕
（車両用交流発電機の全体構成）本発明の実施例１は、回転電機の回転子として車両用交流発電機に適用する場合について説明する。

図１は、車両用交流発電機を示す軸方向半断面図である。車両用交流発電機１は、電機子として働く固定子２と、界磁子として働く回転子３とを有している。固定子２は、ハウジング４に固定されるステータコア２１と、ステータコア２１に巻装されるステータコイル２２とを有している。回転子３は、ハウジング４に回転自在に支承されるシャフト５と、このシャフト５を圧入固着したポールコア（本発明の回転子鉄心）７と、界磁コイル８とを有している。

また、シャフト５の後部（図示右部）には、１対のスリップリング９、１０と、１対のブラシ１１と、レギュレータ１２、エンドカバー１３、出力ターミナル１４、および１対の冷却ファン１５を有している。この車両用交流発電機１の回転子３以外のさらに詳細な構造説明および動作説明は省略する。

（回転子の全体構成）次に、回転子３について図２を参照して説明する。図２は、回転子の軸方向断面図である。回転子３は、互いに同形で対向して密着するポールコア７のシャフト貫通穴７８に、ローレット加工もしくは多数の爪起し加工のシャフト５を相対回転不能に圧入して、ポールコア７を所定位置に固定し、圧入されたシャフト５の前後端の周径を軸受にて支持される回転体である。また、対向するポールコア７の内部（中空部）には発電のための界磁コイル８が挟装、固定され、対向するポールコア７の外側端面７２には冷却ファン１５が配設されている。

（ランデル型ポールコア）次に、ランデル型ポールコアについて図３を参照して説明する。図３（ａ）は１個のランデル型ポールコアの正面断面図であり、（ｂ）は同平面図である。ランデル型ポールコアとは、以下に説明する構造を有する互いに同形のポールコア７を対にして対向して組合せたものをいう。

それぞれのポールコア７は、図３（ａ）に示すように、円筒状の基部７１を有し、この基部７１の軸方向の外側端部から径外方向へ向けて伸び、周方向に関して所定間隔を隔てて角柱状の多数の爪基部７３を有する。そして、それぞれの爪基部７３の径方向先端部から軸方向へ向けて中空部を形成するように延伸する爪部７４を備える。本実施例では、ポールコア７には８個の爪部７４が設けられ、これら爪部７４はステータコア２１内に収容されるよう同心円状に配設される。

また、ポールコア７の円筒状の基部７１の一方端に平面で構成される外側端面７２を備え、円筒状の基部７１の他方端にはボス部７５を設けて、同様に平面で構成される内側端面（ボス部端面）７６を備えている。そして、ボス部７５と基部７１の略中間部にはボス底部端面７７を構成して、ポールコア７には３つの端面がそれぞれ互いに幾何的平行となる構造を有している。

そして、ポールコア７の基部中心に、シャフト貫通穴（以下、軸穴と呼ぶ）７８が切削加工によって開けられている。本実施例では、この軸穴７８は、外側端面７２を基準に外側端面７２に垂直な穴加工によって形成される。

このとき、軸穴７８は外側端面７２に垂直（図示角度α１＝９０°参照）に切削加工されているため、他の端面、つまりボス部端面７６やボス底部端面７７とも垂直に加工される筈である。しかし、ポールコア７が生産性の高い軟鉄材の鍛造設備で製造される場合には、必ずしもボス部端面７６やボス底部端面７７とも垂直加工される訳ではない。鍛造設備の加工精度もしくはバラツキの大きさによって平面度や平行度の悪化が生じ、両端面間、即ち、外側端面７２とボス部端面７６との間、または外側端面７２とボス底部端面７７との間に、相対的な傾斜（図示角度α２≠９０°参照）が生じるためである。

図４は、少なからず両端面間に傾斜が生じた１対のポールコア７（以下、下ポールコア７ａと上ポールコア７ｂと呼ぶ）のボス部端面７６を対向させて組合せた状態を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面断面図である。図４（ｂ）に示すように、軸芯合わせをすれば対向する両ボス部端面７６間は片当りして隙間が生じ（図示実線図形参照）、組合せたポールコア７の軸方向厚みが厚くなる。また、両ボス部端面７６間の面合わせをすれば軸芯ずれ、または軸芯折れが生じて軸穴７８は一直線状とはならず（図示２点鎖線図形参照）、シャフト５の圧入が困難となる。

従って、下ポールコア７ａにまずシャフト５を圧入し、そして界磁コイル（図示せず）を装着し、その後上ポールコア７ｂをシャフト５に圧入して順次組立てる順次組立方式と、あるいはその内部に界磁コイルを挟装して下ポールコア７ａと上ポールコア７ｂを対向して組合せ、その軸穴７８にシャフト５を圧入する同時組立方式とのいずれにおいても、圧入荷重が著しく増大する。また、増大した圧入荷重により無理に圧入すればシャフト５が曲がって、シャフト振れが増大する問題があることは既に述べた。

しかし、このとき１対の上下ポールコア７ａ、７ｂのボス部端面７６の傾斜によるボス部高さの最大領域と最小領域が分かっていれば、例えば、下ポールコア７ａのボス部高さの最大領域と上ポールコア７ｂのボス部高さの最小領域が略一致するように相対的に上下ポールコア７ａ、７ｂを回転させて組合せれば、互いのボス部端面７６は片当りすることなく隙間が減少でき、互いに平行に当接することが可能となる。以降、このような組合せを、面当り組合せと呼称する。

面当り組合せの場合の一対の上下ポールコア７ａ、７ｂを図５に模式図にて示す。図５（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面断面図である。図５（ｂ）に示すように、互いのボス部端面７６は傾斜面ではあるが、互いに平行に当接して隙間なく密着し、上下ポールコア７ａ、７ｂの組合せ軸方向厚みが最小となっている。また、面当り組合せによって形成される互いに平行に当接する傾斜面の傾斜の方向は、ボス部端面７６の傾斜面に垂直な軸を方向軸として考えると、図５（ａ）（または、図４（ａ））に示すように、傾斜面に垂直な軸は、爪部中心とシャフト軸穴中心を結ぶ放射状仮想線と、爪部間中心とシャフト軸穴中心を結ぶ放射状仮想線との中線上に存在することで特定が可能となる。

つまり、互いの傾斜面に垂直な軸が、互いの傾斜面を相対的に回転させることによって、互いに中線上に至るまで回転させれば、そこが互いの傾斜面が平行に当接して、上下ポールコア７ａ、７ｂの組合せ軸方向厚みが最小となる位置となる。本実施例のポールコア７は、８個の爪部と同数の爪部間を有する対をなす上下ポールコア７ａ、７ｂを対向して下ポールコア７ａの爪部間に上ポールコア７ｂの爪部を組合せるため、組合せて後、自在に互いの傾斜面を相対的に回転して調整することはできず、また、必ずしも上ポールコア７ｂのボス部高さの最大位置と下ポールコア７ａのボス部高さの最小位置とを完全に一致させての組合せはできない場合もある。しかし、少なくとも上ポールコア７ｂの爪部中心と下ポールコア７ａの爪部中心との間、つまり上下ポールコア７ａ、７ｂのいずれかの爪部中心と爪部間中心との間だけは最大および最小位置のずれが生じることとなるが、この爪部中心と爪部間中心との周方向の位置ずれは軸方向の隙間に対しては殆ど影響を与えるものではない。

ボス部端面７６の傾斜がそれぞれで略同一であれば、ボス部端面７６上で軸穴中心の点対称とする互いのポールコア７の組合せ位置とすることで、両ポールコア７の軸穴７８は互いに平行かつ同一軸上に位置して、つまり、シャフト貫通用の軸穴７８は一直線状となって、シャフト圧入が容易となり、勿論、圧入されるシャフトが曲がることはない。このようなポールコア７同士の軸穴中心の点対称の回転、つまり、相対的回転を回転調整と呼ぶ。そして、さらに、軸穴中心の点対称の回転を適正に実施するには、その前に、ポールコア７のボス部高さの高低の位置割り出しが必要となる。

位置割り出しは、ポールコア７のボス部高さ割り出し整列装置または治具によって、自動もしくは手動でなされる。自動と手動の違いは、後述するようにポールコア７のボス部高さの計測とその位置の割り出しと対をなすポールコア７の組み合わせ位置の設定を機械的に検出し電気的に制御するか、手作業で設定するかの違いであって、基本的な工程は同じである。従って、機械的な位置割り出し工程を以下に例示的に説明する。

ポールコア７のボス部高さ割り出し整列装置（図示せず）は、割り出しのための回転手段と回転位置検出手段を備えている。そして、これら回転手段と回転位置検出手段は昇降手段に架装され上昇・下降（上下）する。回転位置検出手段の先端（下方端）には、ポールコア高さ計測用接触子とポールコア回転伝達爪およびポールコア浮き防止押えが備えられている。回転位置検出手段の上昇・下降する軸心に直交する水平方向にワークであるポールコア７はコンベア上を移動し、回転位置検出手段の真下に至るポールコア７は、回転位置検出手段と対向して配置される昇降手段付きポールコア受け治具によって、上下から挟まれる。昇降手段付きポールコア受け治具には軸心にポールコア７の軸穴に嵌入可能なガイドシャフトが設けられているので、このガイドシャフトによってポールコア７は軸心基準の回転が許容され配置されることとなる。

そして、ポールコア７のボス部高さ割り出し整列装置を稼動すると回転手段と回転位置検出手段は下降し、下降によってポールコア浮き防止押えがポールコアを下方にガタなく押さえ込み、同時にポールコア回転伝達爪によってポールコア７は軸基準にて回転される。ポールコア７のボス部位置に設定されたポールコア高さ計測用接触子がポールコア７の１回転、つまり１周分のボス部高さをトレースする。そして、ボス部高さの最大領域と最小領域を検出し、その位置割り出しを設定して次工程である組立工程（組立機）のパレットまたはテーブル上にポールコア７を送り出す。

以上説明した機械的な位置割り出し工程は、機械的回転手段と電気的な検出手段によって実施する例で示したが、位置割り出し工程は、これに限ることなく、上述したように回転手段が手動であっても、検出手段が機械的であってもよい。要は、ポールコア７のボス部高さの位置割り出し工程で、割り出されたポールコア７を上記した軸穴中心の点対称の相対的回転による回転調整を加えて組付けるところのマッチング工程が採り得るものであればよい。ここで、マッチング工程は、位置割り出し工程と回転調整工程とを組合せたものを呼ぶ。

本実施例の回転子３の組付工程の一例を、図６〜図８に示す。図６〜図８はポールコア７とシャフト５を順次圧入する場合の圧入工程とかしめ工程のそれぞれの工程図である。

図６は順次圧入方式の圧入工程の第１工程を示す圧入装置の要部概略図である。圧入装置３０は、パンチ部３１とダイ部３２からなる通常のダイセット構造であり、ダイ部３２はベース３３にベアリング３４を介して受け台３５が支持されている。そして、受け台３５はその中心にガイド穴が開けられ、このガイド穴にセンタ押え３６が滑動するに十分な隙間を有して配置されている。また、ベアリング３４はセンタ押え３６の中心と受け台３５の中心が一致しない時に受け台３５を水平方向に移動させるためのものである。また、少なくとも２個の爪押え３７がベース３３に固定され、ワークである下ポールコア７ａの爪部７４を軸方向もしくは求心方向に押え、保持し、レバー３８によって保持および解除が自在にできるものとなっている。

また、パンチ部３１は、シャフト５を垂直方向に保持するシャフト保持パンチ３９を備えた圧入パンチ４０が垂直方向に下降または上昇するようにダイセットに組立てられている。

次に、上記の圧入装置３０によるシャフト圧入について説明する。まず、前工程のマッチング工程で既にボス部端面７６の傾斜方向の割り出しが得られた下ポールコア７ａを受け台３５にセットする。受け台３５にセットされた下ポールコア７ａは、その外側端面７２が平面であって、かつその平面に垂直に軸穴７８が加工されているので、下ポールコア７ａは受け台３５に対して外側端面７２が水平に、かつ軸穴７８は垂直に配置される状態となる。そして、センタ押え３６が下方から上昇して、下ポールコア７ａの軸穴７８に挿入される。このとき、仮に圧入パンチ４０の中心と受け台３５の中心が芯ずれを起こしていても、センタ押え３６の下ポールコア７ａへの挿入により、芯ずれは調整され同心化ができる。そして、爪押え３７のレバー操作によって下ポールコア７ａの爪部７４を軸方向に保持する。

そして、次に、圧入パンチ４０のシャフト保持パンチ３９にシャフト５を垂直に保持し、シャフト５の反保持側を、下ポールコア７ａの軸穴７８に挿入されたセンタ押え３６の上端部に当接させ、ガイドするように圧入パンチ４０を下降させる。すると、シャフト５は滑らかに、かつ垂直を維持して下ポールコア７ａに圧入される。

そして、所定の位置まで圧入が進めば、圧入パンチ４０はシャフト保持パンチ３９とシャフト５の保持を解除して、上方へ上昇し、元の位置まで戻って停止する（図６、二点鎖線の表示位置）。

次に、圧入工程の第２工程を説明する。図７は圧入工程の第２工程を示す圧入装置の要部概略図である。このシャフト５が圧入された下ポールコア７ａの内部に界磁コイル８を装着し、この界磁コイル８を挟装するように上ポールコア７ｂを圧入する。
上ポールコア７ｂは、下ポールコア７ａと同様に、既にマッチング工程にてボス部高さの割り出しがなされた対をなすポールコア７であり、下ポールコア７ａの高低方向の割り出し位置に上ポールコア７ｂの高低方向の割り出し位置が、互いに密着して当接するように軸穴中心の点対称（周方向）に回転調整されて圧入されるものである。

そして、この上ポールコア７ｂの外側端面７２を垂直方向に押圧してシャフト５に圧入させる押圧面を有する圧入パンチ４０が備えられている。この圧入パンチ４０には、ダイ部３２と同様に、シャフト５と圧入パンチ４０との中心を一致させるための上センタ押え４１が設けられ、上センタ押え４１の下方端は、シャフト５の上端に当接されている。圧入パンチ４０の下降に伴い、上ポールコア７ｂは垂直方向に滑らかに、また、上センタ押え４１にガイドされて、シャフト５が傾くことなく真直ぐに圧入される。

所定の位置まで圧入が進行すれば、上下ポールコア７ａ、７ｂは、それぞれのボス部端面７６が密着して当接し、ポールコア７の軸方向厚みが最小となるので、この位置で圧入を停止する。そして、次に、圧入パンチ４０を上方に上昇させ、爪押え３７を解除してシャフト圧入済みポールコア７を取り出し、かしめ工程に移る。

かしめ工程は、シャフト５を圧入したポールコア７の両外側端面７２に円環状の所定の深さを有する凹状の圧痕を付けることにより、その圧痕が同様にシャフト５の両外側端面７２の位置に設けた円環状の溝部に塑性流れを呈してなされるステーキングかしめを形成する工程をいう。

図８はかしめ工程を説明するかしめ装置の要部概略図である。かしめ工程をなすかしめ装置５０が、上述した圧入工程を説明する圧入装置３０と異なるのは、パンチ部５１、ダイ部５２ともにかしめパンチ５３、かしめダイ５４が取り替わったことである。前工程で対向するポールコア７に一直線状にシャフト５を圧入されたかしめ前回転子３がそのままの状態で受け台５５にセットされる。受け台５５にはその中心に下センタ押え５６にガイドされるかしめダイ５４が、同様に中心を一致して配置されている。従って、受け台５５にセットされたポールコア７に圧入されたシャフト５の中心は、かしめダイ５４の中心と一致するので、圧入されたシャフト５と直角（垂直）に形成されたポールコア７の外側端面７２は、かしめダイ５４の中心とも直角（垂直）を形成する。つまり、かしめダイ５４またはかしめパンチ５３の上昇、下降に伴い、ポールコア７の外側端面７２に形成される円環状の凹状の圧痕深さは偏ることなく均一に加工される条件を備えていることとなる。

同様に、かしめパンチ５３も、その中心にシャフト５をガイドするガイド穴が備えられているので、かしめパンチ５３の下降に伴い一直線状のシャフト５にガイドされて、ポールコア７の外側端面７２に形成される円環状の凹状の圧痕深さは偏ることなく均一に加工される条件を備えていることとなる。かしめパンチ５３の下降とかしめダイ５４の上昇は相対的であり、いずれか一方の作動によって、両外側端面７２のかしめは同時に実行される。このとき、ポールコア７の両外側端面７２は互いに平行であり、圧入されたシャフト５と直角（垂直）をなすので、かしめは滑らかに、かつ、均一に実行される。

以上、マッチィング工程とシャフト圧入工程、およびかしめ工程により、回転子３が製造できる。

〔実施例１の効果〕
本実施例の製造方法は、ポールコア７の外側端面７２を基準として外側端面７２に垂直な軸穴７８を切削加工で加工した上下ポールコア７ａ、７ｂからなる１対のポールコア７を、そのボス部端面７６のボス部高さの高低を割り出してその高低方向が互いに密着して当接するように回転調整して組合せるマッチング工程と、割り出された下ポールコア７ａにシャフト５を圧入し、界磁コイル８を装着して、その上に回転調整された上ポールコア７ｂを組合せ、シャフト５に順次圧入する圧入工程と、このシャフト圧入された１対のポールコア７の両外側端面７２に円環状の凹状の圧痕を軸方向に所定の深さ形成するかしめ工程を採用している。

この方法によれば、１対のポールコア７のボス部端面７６のボス部高さの高低方向が互いに密着して当接するように回転調整して後、シャフト圧入されるので、鉄心間の磁気抵抗を減らすことができるとともに、対をなすポールコア７の軸方向厚みは最小の厚みとなる。また、シャフト５は曲がることなく一直線状に、滑らかに圧入できる。これにより、シャフト外周両端を基準に回転した際、この回転基準に対して振れが小さくなり、ステータコア２１との干渉を起こすことなく、振動や回転変動を低減することができる。この結果、車両用交流発電機１においては、ベアリング寿命の向上が得られるとともに、発電の変動やバラツキを抑制して発電性能の向上が得られる。

また、この製造方法では、各ポールコア７は、各ポールコア７の周方向位置決めを行った後、軸方向に当接して組立てられるので、ポールコア７の爪部７４が互いに干渉し周方向の回転を制限するランデル型ポールコアの場合でも容易に周方向位置決めを行い、傾斜したボス部端面を互いに平行に密着するように組立てることが簡単にできる。従って、コストアップを抑制し、信頼性を向上できる。

〔実施例２の構成〕
実施例１での回転子３の組立ては、個々のポールコア７とシャフト５を順番に圧入して組立てる順次組立方式による回転子の製造方法についてのものであるが、本実施例では、回転子３の組立ては、内部に界磁コイル８を装着した対をなすポールコア７を対向して組合せ、同時にシャフト５を圧入する同時組立方式による回転子の製造方法についてのものである。以下に、この同時組立方式による回転子の製造方法を説明する。

図９は、同時圧入方式の場合の圧入工程を説明する圧入装置３０の要部概略図である。同時圧入の場合の圧入装置３０は基本的には順次圧入の場合の圧入装置３０と同じである。異なるのは、ワーク側の違いでマッチング工程にて既に調整された上下ポールコア７ａ、７ｂの組合せとその内部に界磁コイル８が装着されたマッチング有り（済み）ポールコアとして次工程に用意される（流れ出る）場合である。このとき、上下ポールコア７ａ、７ｂはボス部７５で対向し、対をなすポールコア７の両外側端面７２は互いに平行で、両外側端面７２に垂直に加工された軸穴７８が一直線状を形成しているので、この軸穴７８に真直ぐなシャフト５を圧入するだけの工程となる。

図９において、マッチング工程で回転調整され、内部に界磁コイル８を装着した対をなすポールコア７は、受け台３５の上にセットされる。受け台３５には、センタ押え３６が設けられ、センタ押え３６は受け台３５と同心で移動し、センタ押え３６の上端が対をなすポールコア７の軸穴７８に挿入されている。これにより、シャフト軸穴７８と垂直を形成するポールコア７の両外側端面７２は受け台３５に水平に保持される。そして、爪押え３７をレバー３８によって保持することにより受け台３５に固定する。

そして、次に、圧入パンチ４０のシャフト保持パンチ３９にシャフト５を垂直に保持し、シャフト５の反保持側を、下ポールコア７ａの軸穴７８に挿入されたセンタ押え３６の上端部に当接させ、ガイドするように圧入パンチ４０を下降させる。すると、シャフト５は滑らかに、かつ垂直を維持して上下ポールコア７ａ、７ｂに圧入される。

そして、所定の位置まで圧入が進めば、圧入パンチ４０はシャフト保持パンチ３９とシャフト５の保持を解除して、上方へ上昇し、元の位置（図９の点線位置）まで戻って停止する。圧入されたシャフト５は傾いたり、曲がったりすることなく両外側端面７２に垂直に圧入される。よって、一直線状のシャフト構造が形成され、シャフト振れは生じることはない。

そして、次に、爪押え３７を解除してシャフト圧入済みポールコアを取り出し、かしめ工程に移る。
かしめ工程は上述した順次組立方式のかしめ工程と同じ工程および装置が使用でき、作用も効果も変わるところはないので、詳細な説明は省略する。
これにより、回転子３が製造できる。

〔実施例２の効果〕
本実施例と実施例１とは、シャフト５の圧入工程が順次か同時かの違いであって、組立される回転子３の構造および機能は変わるところはない。よって、実施例１と同じ作用・効果を奏する。また、同時圧入方式では、シャフト５の圧入を一回で済ませることが可能であるため、１工程少ない組立工程の製造方法となって、生産性が向上するとともに、コストアップを抑えることができる。

〔変形例〕
上記に述べた本発明の実施例は、共に、互いに同形で対をなすポールコア７の一方端面を対向させてシャフト５をその中心に挿通させたランデル形ポールコアについて採用したが、これに限ることなく対をなすポールコア７を二つ、シャフト５により串刺しに圧入するタンデム型ポールコアに採用してもよく、また、その他、対向させて複数の密着面を形成してなる回転子に採用してもよい。

車両用交流発電機を示す軸方向半断面図である（実施例１）。 回転子を示す軸方向断面図である（実施例１）。 ポールコアの構造を示し、（ａ）は正面断面図であり、（ｂ）は平面図である（実施例１）。 一対のポールコアのボス部端面を対向させて組合せた状態（片当り当接時）を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面断面図である（実施例１）。 一対のポールコアのボス部端面を対向させて組合せた状態（面当り当接時）を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面断面図である（実施例１）。 順次圧入方式の圧入工程の第１工程を示す圧入装置の要部概略図である（実施例１）。 圧入工程の第２工程を示す圧入装置の要部概略図である（実施例１）。 かしめ工程を示すかしめ装置の要部概略図である（実施例１）。 同時圧入方式の圧入工程を示す圧入装置の要部概略図である（実施例２）。 外側端面を基準に加工された垂直な軸穴を有するポールコアの断面図である（従来例）。 （ａ）、（ｂ）は、圧入工程の第１工程を示す圧入装置の要部概略図である（従来例）。 （ａ）は圧入工程の第２工程を示す圧入装置の要部概略図であり、（ｂ）は圧入工程の第３工程を示す圧入装置の要部概略図である（従来例）。 かしめ工程を示すかしめ装置の要部概略図である（従来例）。 （ａ）は第３工程において、シャフトに曲がりが生じた場合の圧入装置の要部概略図であり、（ｂ）は組立後の回転子の取り出し工程を示す圧入装置の要部概略図である（従来例）。

符号の説明

１ 車両用交流発電機（回転電機）
３ 回転子
５ シャフト
７ ポールコア（回転子鉄心、ランデル型ポールコア）
７ａ 下ポールコア
７ｂ 上ポールコア
８ 界磁コイル（コイル）
７２ 外側端面（外端部平面）
７３ 爪基部
７４ 爪部
７５ ボス部
７６ 内側端面（ボス部端面、平面部）
７８ 軸穴（シャフト貫通穴、シャフト軸穴）

Claims (9)

1. 径外方向へ向けて伸びる多数の爪基部の径方向先端部から軸方向へ延伸する爪部を有した中空状コア部材からなる複数の回転子鉄心を対向して組合せ、形成される中空部にコイルを装着し、前記各回転子鉄心のシャフト軸穴に圧入固着されたシャフトを備える回転電機の回転子であって、
   前記シャフトに貫通され、位置固定される前記各回転子鉄心は軸方向に平面部が形成され、
   前記平面部は前記シャフトの回転中心軸と傾斜して、
   前記各回転子鉄心の前記平面部は互いに平行で当接しており、
   前記各回転子鉄心の前記平面部の軸方向前後で、前記シャフトが一直線状であって、
   かつ、前記各回転子鉄心の軸方向投影上の前記平面部の傾斜面に垂直な軸は、
   前記爪部中心と前記シャフト軸穴中心を結ぶ放射状仮想線と、
   前記爪部間中心と前記シャフト軸穴中心を結ぶ放射状仮想線との中線上にあることを特徴とする回転電機の回転子。
2. 請求項１に記載の回転電機の回転子において、
   前記各回転子鉄心は、前記各回転子鉄心の軸方向外側に外端部平面と、
   軸方向内側にボス部端面を備え、
   前記各回転子鉄心の前記外端部平面は対向する他回転子鉄心の前記外端部平面と互いに平行であることを特徴とする回転電機の回転子。
3. 請求項１または２に記載の回転電機の回転子において、
   前記各回転子鉄心は、ランデル型ポールコアであることを特徴とする回転電機の回転子。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の回転電機の回転子において、
   前記各回転子鉄心は、前記各回転子鉄心の外端部平面のシャフト外周領域に付設された円環状の溝部にかしめ嵌合されることを特徴とする回転電機の回転子。
5. 径外方向へ向けて伸びる多数の爪基部の径方向先端部から軸方向へ延伸する爪部を有した中空状コア部材からなる複数の回転子鉄心を対向して組合せ、形成される中空部にコイルを装着し、前記各回転子鉄心のシャフト軸穴に圧入固着されたシャフトを備える回転電機の回転子の製造方法において、
   位置固定される前記各回転子鉄心は軸方向に平面部が形成され、
   前記平面部は前記シャフトの回転中心軸と傾斜して、
   前記各回転子鉄心の前記平面部は互いに平行で当接し、
   かつ、前記各回転子鉄心の前記平面部の軸方向前後で、前記シャフトが一直線状であるように、前記各回転子鉄心を回転調整して組合せるマッチィング工程と、
   前記マッチィング工程の後に、回転調整された前記各回転子鉄心に前記シャフトを圧入する圧入工程を採用することを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
6. 請求項５に記載の回転電機の回転子の製造方法において、
   前記各回転子鉄心の対向面は平面であることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
7. 請求項５または６に記載の回転電機の回転子の製造方法において、
   前記各回転子鉄心の対向側平面が密着していることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
8. 請求項５ないし７のいずれか１つに記載の回転電機の回転子の製造方法において、
   前記各回転子鉄心の外端部平面のシャフト外周領域に付設された円環状の溝部に、前記各回転子鉄心をかしめ嵌合するステーキングかしめ加工をシャフト組立後に行うことを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
9. 請求項５ないし８のいずれか１つに記載の回転電機の回転子の製造方法において、
   前記各回転子鉄心は、前記各回転子鉄心の周方向位置決めを行った後、軸方向に当接して組立てられることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。

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